platform 设备驱动实验

Linux 驱动的分离与分层

代码的重用性非常重要，否则的话就会在 Linux 内核中存在大量无意义的重复代码。尤其是驱动程序，因为驱动程序占用了 Linux内核代码量的大头，如果不对驱动程序加以管理，任由重复的代码肆意增加，那么用不了多久Linux 内核的文件数量就庞大到无法接受的地步。
三种平台下的 MPU6050 驱动框架就可以简化为图 54.1.1.2 所示:
在这里插入图片描述
实际的 I2C 驱动设备肯定有很多种，不止 MPU6050 这一个，那么实际的驱动架构如图54.1.1.3 所示：

一般 I2C 主机控制器驱动已经由半导体厂家编写好了，而设备驱动一般也由设备器件的厂家编写好了，我们只需要提供设备信息即可，比如 I2C 设备的话提供设备连接到了哪个 I2C 接口上， I2C 的速度是多少等等。相当于将设备信息从设备驱动中剥离开来，驱动使用标准方法去获取到设备信息(比如从设备树中获取到设备信息)，然后根据获取到的设备信息来初始化设备。这样就相当于驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。
这个就是 Linux 中的总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，也就是常说的驱动分离。总线就是驱动和设备信息的月老，负责给两者牵线搭桥，如图 54.1.1.4 所示：
在这里插入图片描述
当我们向系统注册一个驱动的时候，总线就会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，如果有的话就将两者联系起来。同样的，当向系统中注册一个设备的时候，总线就会在左侧的驱动中查找看有没有与之匹配的设备，有的话也联系起来。 Linux 内核中大量的驱动程序都采用总线、驱动和设备模式，我们一会要重点讲解的 platform 驱动就是这一思想下的产物。
Linux 下的驱动往往也是分层的，分层的目的也是为了在不同的层处理不同的内容。以其他书籍或者资料常常使用到的input(输入子系统，后面会有专门的章节详细的讲解)为例，简单介绍一下驱动的分层。 input 子系统负责管理所有跟输入有关的驱动，包括键盘、鼠标、触摸等，最底层的就是设备原始驱动，负责获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给 input 核心层。 input 核心层会处理各种 IO 模型，并且提供file_operations 操作集合。我们在编写输入设备驱动的时候只需要处理好输入事件的上报即可，至于如何处理这些上报的输入事件那是上层去考虑的，我们不用管。可以看出借助分层模型可以极大的简化我们的驱动编写，对于驱动编写来说非常的友好。

platform 平台驱动模型简介

总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，比如 I2C、 SPI、 USB 等总线。但是在 SOC 中有些外设是没有总线这个概念的，但是又要使用总线、驱动和设备模型该怎么办呢？为了解决此问题， Linux 提出了 platform 这个虚拟总线，相应的就有 platform_driver 和 platform_device.

platform 总线

Linux系统内核使用bus_type 结构体表示总线，此结构体定义在文件 include/linux/device.h，bus_type 结构体内容如下：

示例代码 54.2.1.1 bus_type 结构体代码段
1 struct bus_type {
2 const char *name; /* 总线名字 */
3 const char *dev_name;
4 struct device *dev_root;
5 struct device_attribute *dev_attrs;
6 const struct attribute_group **bus_groups; /* 总线属性 */
7 const struct attribute_group **dev_groups; /* 设备属性 */
8 const struct attribute_group **drv_groups; /* 驱动属性 */
9
10 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
11 int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
12 int (*probe)(struct device *dev);
13 int (*remove)(struct device *dev);
14 void (*shutdown)(struct device *dev);
15
16 int (*online)(struct device *dev);
17 int (*offline)(struct device *dev);
18 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
19 int (*resume)(struct device *dev);
20 const struct dev_pm_ops *pm;
21 const struct iommu_ops *iommu_ops;
22 struct subsys_private *p;
23 struct lock_class_key lock_key;
24 };

第 10 行， match 函数，此函数很重要，单词 match 的意思就是“匹配、相配”，因此此函数就是完成设备和驱动之间匹配的，总线就是使用 match 函数来根据注册的设备来查找对应的驱动，或者根据注册的驱动来查找相应的设备，因此每一条总线都必须实现此函数。 match 函数有两个参数： dev 和 drv，这两个参数分别为 device 和 device_driver 类型，也就是设备和驱动.
platform 总线是 bus_type 的一个具体实例，定义在文件 drivers/base/platform.c， platform 总
线定义如下：

示例代码 54.2.1.2 platform 总线实例
1 struct bus_type platform_bus_type = {
2 .name = "platform",
3 .dev_groups = platform_dev_groups,
4 .match = platform_match,
5 .uevent = platform_uevent,
6 .pm = &platform_dev_pm_ops,
7 };

platform_bus_type 就是 platform 平台总线，其中 platform_match 就是匹配函数。我们来看一下驱动和设备是如何匹配的， platform_match 函数定义在文件 drivers/base/platform.c 中，函数内容如下所示：

示例代码 54.2.1.3 platform 总线实例
1 static int platform_match(struct device *dev,
struct device_driver *drv)
2 {
3 struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
4 struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
5 6
/*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/
7 if (pdev->driver_override)
8 return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);
9
10 /* Attempt an OF style match first */
11 if (of_driver_match_device(dev, drv))
12 return 1;
13
14 /* Then try ACPI style match */
15 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
16 return 1;
17
18 /* Then try to match against the id table */
19 if (pdrv->id_table)
20 return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
21
22 /* fall-back to driver name match */
23 return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
24 }

第 11~12 行，第一种匹配方式， OF 类型的匹配，也就是设备树采用的匹配方式，
of_driver_match_device 函数定义在文件 include/linux/of_device.h 中。 device_driver 结构体(表示设备驱动)中有个名为of_match_table的成员变量，此成员变量保存着驱动的compatible匹配表，设备树中的每个设备节点的 compatible 属性会和 of_match_table 表中的所有成员比较，查看是否有相同的条目，如果有的话就表示设备和此驱动匹配，设备和驱动匹配成功以后 probe 函数就会执行。
第 15~16 行，第二种匹配方式， ACPI 匹配方式。
第 19~20 行，第三种匹配方式， id_table 匹配，每个 platform_driver 结构体有一个 id_table成员变量，顾名思义，保存了很多 id 信息。这些 id 信息存放着这个 platformd 驱动所支持的驱动类型。
第 23 行，第四种匹配方式，如果第三种匹配方式的 id_table 不存在的话就直接比较驱动和设备的 name 字段，看看是不是相等，如果相等的话就匹配成功。一般设备驱动为了兼容性都支持设备树和无设备树两种匹配方式。也就是第一种匹配方式一般都会存在，第三种和第四种只要存在一种就可以，一般用的最多的还是第四种，也就是直接比较驱动和设备的 name 字段，毕竟这种方式最简单了。

platform 驱动

platform_driver 结构体表示 platform 驱动，此结构体定义在文件include/linux/platform_device.h 中，内容如下：

示例代码 54.2.2.1 platform_driver 结构体
1 struct platform_driver {
2 int (*probe)(struct platform_device *);
3 int (*remove)(struct platform_device *);
4 void (*shutdown)(struct platform_device *);
5 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
6 int (*resume)(struct platform_device *);
7 struct device_driver driver;
8 const struct platform_device_id *id_table;
9 bool prevent_deferred_probe;
10 };

第 2 行， probe 函数，当驱动与设备匹配成功以后 probe 函数就会执行，非常重要的函数！！一般驱动的提供者会编写，如果自己要编写一个全新的驱动，那么 probe 就需要自行实现。
第 7 行， driver 成员，为 device_driver 结构体变量， Linux 内核里面大量使用到了面向对象的思device_driver 相当于基类，提供了最基础的驱动框架。 plaform_driver 继承了这个基类，然后在此基础上又添加了一些特有的成员变量。
第 8 行， id_table 表，也就是我们上一小节讲解 platform 总线匹配驱动和设备的时候采用的第三种方法， id_table 是个表( 也就是数组) ，每个元素的类型为 platform_device_id，platform_device_id 结构体内容如下：

示例代码 54.2.2.2 platform_device_id 结构体
1 struct platform_device_id {
2 char name[PLATFORM_NAME_SIZE];
3 kernel_ulong_t driver_data;
4 };

device_driver 结构体定义在 include/linux/device.h， device_driver 结构体内容如下：

示例代码 54.2.2.3 device_driver 结构体
1 struct device_driver {
2 const char *name;
3 struct bus_type *bus;
4 5
struct module *owner;
6 const char *mod_name; /* used for built-in modules */
7 8
bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
9
10 const struct of_device_id *of_match_table;
11 const struct acpi_device_id *acpi_match_table;
12
13 int (*probe) (struct device *dev);
14 int (*remove) (struct device *dev);
15 void (*shutdown) (struct device *dev);
16 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
17 int (*resume) (struct device *dev);
18 const struct attribute_group **groups;
19
20 const struct dev_pm_ops *pm;
21
22 struct driver_private *p;
23 };

第 10 行， of_match_table 就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表，同样是数组，每个匹配项都为 of_device_id 结构体类型，此结构体定义在文件 include/linux/mod_devicetable.h 中，内容如下：

示例代码 54.2.2.4 of_device_id 结构体
1 struct of_device_id {
2 char name[32];
3 char type[32];
4 char compatible[128];
5 const void *data;
6 };

第 4 行的 compatible 非常重要，因为对于设备树而言，就是通过设备节点的 compatible 属性值of_match_table 中每个项目的 compatible 成员变量进行比较，如果有相等的就表示设备和此驱动匹配成功。
在编写 platform 驱动的时候，首先定义一个 platform_driver 结构体变量，然后实现结构体中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及 probe 函数。当驱动和设备匹配成功以后 probe函数就会执行，具体的驱动程序在 probe 函数里面编写，比如字符设备驱动等等。
当我们定义并初始化好 platform_driver 结构体变量以后，需要在驱动入口函数里面调用platform_driver_register 函数向 Linux 内核注册一个 platform 驱动， platform_driver_register 函数原型如下所示：

int platform_driver_register (struct platform_driver *driver)
函数参数和返回值含义如下：
driver：要注册的 platform 驱动。
返回值： 负数，失败； 0，成功。

还需要在驱动卸载函数中通过 platform_driver_unregister 函数卸载 platform 驱动，

platform_driver_unregister 函数原型如下：
void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)
函数参数和返回值含义如下：
drv：要卸载的 platform 驱动。
返回值： 无。

platform 驱动框架如下所示：

示例代码 54.2.2.5 platform 驱动框架
/* 设备结构体 */
1 struct xxx_dev{
2 struct cdev cdev;
3 /* 设备结构体其他具体内容 */
4 };
5 6
	struct xxx_dev xxxdev; /* 定义个设备结构体变量 */
7 8
	static int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp)
9 {
10 /* 函数具体内容 */
11 return 0;
12 }
13
14 static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t cnt, loff_t *offt)
15 {
16 /* 函数具体内容 */
17 return 0;
18 }
19
20 /*
21 * 字符设备驱动操作集
22 */
23 static struct file_operations xxx_fops = {
24 .owner = THIS_MODULE,
25 .open = xxx_open,
26 .write = xxx_write,
27 };
28
29 /*
30 * platform 驱动的 probe 函数
31 * 驱动与设备匹配成功以后此函数就会执行
32 */
33 static int xxx_probe(struct platform_device *dev)
34 {
35 ......
36 	cdev_init(&xxxdev.cdev, &xxx_fops); /* 注册字符设备驱动 */
37 	/* 函数具体内容 */
38 	return 0;
39 }
40
41 static int xxx_remove(struct platform_device *dev)
42 {
43 ......
44 cdev_del(&xxxdev.cdev);/* 删除 cdev */
45 /* 函数具体内容 */
46 return 0;
47 }
48
49 /* 匹配列表 */
50 static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {
51 { .compatible = "xxx-gpio" },
52 { /* Sentinel */ }
53 };
54
55 /*
56 * platform 平台驱动结构体
57 */
58 static struct platform_driver xxx_driver = {
59 .driver = {
60 .name = "xxx",
61 .of_match_table = xxx_of_match,
62 },
63 .probe = xxx_probe,
64 .remove = xxx_remove,
65 };
66
67 /* 驱动模块加载 */
68 static int __init xxxdriver_init(void)
69 {
70 		return platform_driver_register(&xxx_driver);
71 }
72
73 /* 驱动模块卸载 */
74 static void __exit xxxdriver_exit(void)
75 {
76 		platform_driver_unregister(&xxx_driver);
77 }
78
79 module_init(xxxdriver_init);
80 module_exit(xxxdriver_exit);
81 MODULE_LICENSE("GPL");
82 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

platform 设备

platform 驱动已经准备好了，我们还需要 platform 设备，否则的话单单一个驱动也做不了什么platform_device 这个结构体表示 platform 设备，这里我们要注意，如果内核支持设备树的话就不要再使用 platform_device 来描述设备了，因为改用设备树去描述了。当然了，你如果一定要用 platform_device 来描述设备信息的话也是可以的。 platform_device 结构体定义在文件include/linux/platform_device.h 中，结构体内容如下：

示例代码 54.2.3.1 platform_device 结构体代码段
22 struct platform_device {
23 const char *name;
24 int id;
25 bool id_auto;
26 struct device dev;
27 u32 num_resources;
28 struct resource *resource;
29
30 const struct platform_device_id *id_entry;
31 char *driver_override; /* Driver name to force a match */
32
33 /* MFD cell pointer */
34 struct mfd_cell *mfd_cell;
35
36 /* arch specific additions */
37 struct pdev_archdata archdata;
38 };

第 23 行， name 表示设备名字，要和所使用的 platform 驱动的 name 字段相同，否则的话设备就无法匹配到对应的驱动。比如对应的 platform 驱动的 name 字段为“xxx-gpio”，那么此 name字段也要设置为“xxx-gpio”。
第 27 行， num_resources 表示资源数量，一般为第 28 行 resource 资源的大小。
第 28 行， resource 表示资源，也就是设备信息，比如外设寄存器等。 Linux 内核使用 resource结构体表示资源， resource 结构体内容如下：

示例代码 54.2.3.2 resource 结构体代码段
18 struct resource {
19 resource_size_t start;
20 resource_size_t end;
21 const char *name;
22 unsigned long flags;
23 struct resource *parent, *sibling, *child;
24 };

start 和 end 分别表示资源的起始和终止信息，对于内存类的资源，就表示内存起始和终止地址， name 表示资源名字， flags 表示资源类型，可选的资源类型都定义在了文件include/linux/ioport.h 里面，如下所示：

示例代码 54.2.3.3 资源类型
29 #define IORESOURCE_BITS 0x000000ff /* Bus-specific bits */
30
31 #define IORESOURCE_TYPE_BITS 0x00001f00 /* Resource type */
32 #define IORESOURCE_IO 0x00000100 /* PCI/ISA I/O ports */
33 #define IORESOURCE_MEM 0x00000200
34 #define IORESOURCE_REG 0x00000300 /* Register offsets */
35 #define IORESOURCE_IRQ 0x00000400
36 #define IORESOURCE_DMA 0x00000800
37 #define IORESOURCE_BUS 0x00001000
......
104 /* PCI control bits. Shares IORESOURCE_BITS with above PCI ROM. */
105 #define IORESOURCE_PCI_FIXED (1<<4) /* Do not move resource */

在以前不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写platform_device变量来描述设备信息，然后使用 platform_device_register 函数将设备信息注册到 Linux 内核中，此函数原型如下所示：

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
函数参数和返回值含义如下：
pdev：要注册的 platform 设备。
返回值： 负数，失败； 0，成功。

如果不再使用 platform 的话可以通过 platform_device_unregister 函数注销掉相应的 platform设备， platform_device_unregister 函数原型如下：

void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev)
函数参数和返回值含义如下：
pdev：要注销的 platform 设备。
返回值： 无。

platform 设备信息框架如下所示：

示例代码 54.2.3.4 platform 设备框架
1 /* 寄存器地址定义*/
2 #define PERIPH1_REGISTER_BASE (0X20000000) /* 外设 1 寄存器首地址 */
3 #define PERIPH2_REGISTER_BASE (0X020E0068) /* 外设 2 寄存器首地址 */
4 #define REGISTER_LENGTH 4
5 6
/* 资源 */
7 static struct resource xxx_resources[] = {
8 [0] = {
9 .start = PERIPH1_REGISTER_BASE,
10 .end = (PERIPH1_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
11 .flags = IORESOURCE_MEM,
12 },
13 [1] = {
14 .start = PERIPH2_REGISTER_BASE,
15 .end = (PERIPH2_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
16 .flags = IORESOURCE_MEM,
17 },
18 };
19
20 /* platform 设备结构体 */
21 static struct platform_device xxxdevice = {
22 .name = "xxx-gpio",
23 .id = -1,
24 .num_resources = ARRAY_SIZE(xxx_resources),
25 .resource = xxx_resources,
26 };
27
28 /* 设备模块加载 */
29 static int __init xxxdevice_init(void)
30 {
31 return platform_device_register(&xxxdevice);
32 }
33
34 /* 设备模块注销 */
35 static void __exit xxx_resourcesdevice_exit(void)
36 {
37 platform_device_unregister(&xxxdevice);
38 }
39
40 module_init(xxxdevice_init);
41 module_exit(xxxdevice_exit);
42 MODULE_LICENSE("GPL");
43 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

第 7~18 行，数组 xxx_resources 表示设备资源，一共有两个资源，分别为设备外设 1 和外设 2 的寄存器信息。因此 flags 都为 IORESOURCE_MEM，表示资源为内存类型的。
第 21~26 行， platform 设备结构体变量，注意 name 字段要和所使用的驱动中的 name 字段一致，否则驱动和设备无法匹配成功。 num_resources 表示资源大小，其实就是数组 xxx_resources的元素数量，这里用 ARRAY_SIZE 来测量一个数组的元素个数。
第 29~32 行，设备模块加载函数，在此函数中调用 platform_device_register 向 Linux 内核注册 platform 设备。
第 35~38 行，设备模块卸载函数，在此函数中调用 platform_device_unregister 从 Linux 内核中卸载 platform 设备。

程序编写

新建名为 leddevice.c 和 leddriver.c 这两个文件，这两个文件分别为 LED灯的 platform 设备文件和 LED 灯的 platform 的驱动文件。程序如下：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

接下里要定义设备相关的寄存器：

/* 
 * 寄存器地址定义
 */
#define CCM_CCGR1_BASE				(0X020C406C)	
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE		(0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE		(0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE				(0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE				(0X0209C004)
#define REGISTER_LENGTH				4

接下来定义release函数以及定义设备资源信息。

/* @description		: 释放flatform设备模块的时候此函数会执行	
 * @param - dev 	: 要释放的设备 
 * @return 			: 无
 */
static void	led_release(struct device *dev)
{
	printk("led device released!\r\n");	
}

/*  
 * 设备资源信息，也就是LED0所使用的所有寄存器
 */
static struct resource led_resources[] = {
	[0] = {
		.start 	= CCM_CCGR1_BASE,
		.end 	= (CCM_CCGR1_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags 	= IORESOURCE_MEM,
	},	
	[1] = {
		.start	= SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE,
		.end	= (SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
	[2] = {
		.start	= SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE,
		.end	= (SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
	[3] = {
		.start	= GPIO1_DR_BASE,
		.end	= (GPIO1_DR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
	[4] = {
		.start	= GPIO1_GDIR_BASE,
		.end	= (GPIO1_GDIR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
};

这个数组定义了LED设备所需的所有硬件资源。在Linux内核中，设备资源通常指的是内存区域、中断号等，这些资源在设备驱动中用于正确配置和控制硬件。每个条目都是struct resource类型，定义了一个资源的起始地址、结束地址和标志。
资源详解
数组中的每个元素代表了LED设备使用的一个寄存器或寄存器组的内存映射区域。这些寄存器可能用于控制LED的开关、配置等。
.start和.end定义了寄存器的物理地址范围。
.flags设置为IORESOURCE_MEM，表示这是一个内存类型的资源。
具体资源
[0]: 控制时钟相关的寄存器（CCM_CCGR1_BASE）。
[1]: 控制特定GPIO功能选择的多路复用寄存器（SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE）。
[2]: 控制GPIO的电气特性的配置寄存器（SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE）。
[3]: 控制GPIO数据寄存器，用于读写GPIO引脚的值（GPIO1_DR_BASE）。
[4]: 控制GPIO方向寄存器，用于设置GPIO引脚是输入还是输出（GPIO1_GDIR_BASE）。

/*
 * platform设备结构体 
 */
static struct platform_device leddevice = {
	.name = "imx6ul-led",
	.id = -1,
	.dev = {
		.release = &led_release,
	},
	.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources),
	.resource = led_resources,
};

这段代码定义了一个平台设备leddevice，它是Linux内核中平台设备注册的一种方式。平台设备通常是与处理器紧密集成的设备，不通过标准的总线（如PCI）枚举，因此必须在系统启动时或驱动初始化时手动注册。这里定义的leddevice是一个LED控制设备，具体细节如下：

struct platform_device 解释

platform_device结构体是用来描述一个平台设备的。它包含了设备的名称、ID、设备特有的数据、资源数量和资源指针等信息。这些信息用于设备的注册和管理。
代码详解

static struct platform_device leddevice = {
	.name = "imx6ul-led",
	.id = -1,
	.dev = {
		.release = &led_release,
	},
	.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources),
	.resource = led_resources,
};

.name = "imx6ul-led": 设备的名称，这是一个标识符，用于在系统中唯一标识该设备。通常与驱动程序中用来匹配设备的名称相对应。
.id = -1: 设备的ID。当设置为-1时，表示该设备不需要使用编号来区分同类多个设备。如果有多个相同类型的设备，则需要分配不同的ID。
.dev = { .release = &led_release }: 设备的释放函数，这里将其设置为前面定义的led_release函数。这个函数在设备注销时被调用，用于执行设备资源的清理工作。尽管在这个例子中，led_release函数只是打印了一个消息，但这是一个实现设备资源释放的钩子。
.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources): 这指定了led_resources数组中资源的数量。ARRAY_SIZE是一个宏，用于计算数组元素的个数。这确保了平台设备结构体知道有多少资源需要被管理。
.resource = led_resources: 这是指向定义的资源数组的指针。这个数组包含了设备所需的所有资源信息（如内存区域、GPIO等），确保设备能够正确地访问其硬件资源。
这段代码的作用是在Linux内核中注册一个名为imx6ul-led的LED设备，这个设备使用了特定的资源，并且定义了一个释放函数。这样，当内核或其他驱动需要与这个LED设备交互时，可以通过这些定义来正确地识别和操作设备。这是设备驱动编程中常见的初始化和注册过程的一部分。

最后就是设备初始化和退出函数程序：

/*
 * @description	: 设备模块加载 
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init leddevice_init(void)
{
	return platform_device_register(&leddevice);
}

/*
 * @description	: 设备模块注销
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit leddevice_exit(void)
{
	platform_device_unregister(&leddevice);
}

module_init(leddevice_init);
module_exit(leddevice_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wyw");

leddevice.c 文件编写完成以后就编写 leddriver.c 这个 platform 驱动文件，在 leddriver.c 里面输入如下内容：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

这段代码是Linux内核设备驱动程序的一部分，用于定义与LED控制相关的一些常量和变量。下面分别解释每部分代码的作用和意义：

定义常量

#define LEDDEV_CNT 1
- 这行代码定义了一个常量LEDDEV_CNT，其值为1。这个常量通常用于指定设备号的长度，即在创建设备时分配给设备的设备号数量。在这个上下文中，它可能被用来指示驱动程序只使用一个设备号。
#define LEDDEV_NAME "platled"
- 这行代码定义了设备的名称为platled。这是设备在系统中的标识符，用于在/dev目录下创建相应的设备文件，使得用户空间程序可以通过这个名称访问设备。
#define LEDOFF 0
- 这定义了一个常量LEDOFF，值为0，用于表示LED灯的关闭状态。
#define LEDON 1
- 这定义了一个常量LEDON，值为1，用于表示LED灯的开启状态。

定义寄存器指针

接下来的几行定义了几个类型为static void __iomem *的变量，这些变量将用于指向映射到内核地址空间的物理寄存器地址。这些寄存器用于控制特定的硬件功能，如GPIO的配置和数据寄存器。这些指针通过内核函数（如ioremap）映射后，允许驱动程序通过这些指针读写这些寄存器，从而控制硬件。每个变量的作用如下：

static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
- 指向CCM（时钟控制模块）的CCGR1寄存器，通常用于控制时钟门控，即启用或禁用与GPIO相关的时钟。
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
- 指向用于配置GPIO1_IO03引脚功能的多路复用寄存器。此寄存器用于选择该引脚的功能（如GPIO、I2C等）。
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
- 指向用于配置GPIO1_IO03引脚电气属性（如驱动力、上拉/下拉等）的寄存器。
static void __iomem *GPIO1_DR;
- 指向GPIO1数据寄存器，用于读取或设置GPIO1端口的输出。
static void __iomem *GPIO1_GDIR;
- 指向GPIO1方向寄存器，用于配置GPIO1端口的引脚是作为输入还是输出。

接下来就和之前编写驱动程序中的设备结构体是一样的：

/* leddev设备结构体 */
struct leddev_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号	*/
	struct cdev cdev;		/* cdev		*/
	struct class *class;	/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备		*/
	int major;				/* 主设备号	*/		
};

struct leddev_dev leddev; 	/* led设备 */

接下来重点看probe函数。由于设备和驱动的名称完全匹配，当您的设备和驱动都注册到内核后，内核将自动调用led_probe函数来初始化设备。这种基于名称的匹配机制使得设备和驱动的关联变得非常直观和简单。
在这里插入图片描述
具体led_probe函数如下：

static int led_probe(struct platform_device *dev)
{	
	int i = 0;
	int ressize[5];
	u32 val = 0;
	struct resource *ledsource[5];

	printk("led driver and device has matched!\r\n");
	/* 1、获取资源 */
	for (i = 0; i < 5; i++) {
		ledsource[i] = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i); /* 依次MEM类型资源 */
		if (!ledsource[i]) {
			dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n");
			return -ENXIO;
		}
		ressize[i] = resource_size(ledsource[i]);	
	}	

	/* 2、初始化LED */
	/* 寄存器地址映射 */
 	IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(ledsource[0]->start, ressize[0]);
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);
  	SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]);
	GPIO1_DR = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]);
	GPIO1_GDIR = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]);
	
	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26);				/* 清除以前的设置 */
	val |= (3 << 26);				/* 设置新值 */
	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

	/* 设置GPIO1_IO03复用功能，将其复用为GPIO1_IO03 */
	writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);

	/* 设置GPIO1_IO03为输出功能 */
	val = readl(GPIO1_GDIR);
	val &= ~(1 << 3);			/* 清除以前的设置 */
	val |= (1 << 3);			/* 设置为输出 */
	writel(val, GPIO1_GDIR);

	/* 默认关闭LED1 */
	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= (1 << 3) ;	
	writel(val, GPIO1_DR);
	
	/* 注册字符设备驱动 */
	/*1、创建设备号 */
	if (leddev.major) {		/*  定义了设备号 */
		leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);
		register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);	/* 申请设备号 */
		leddev.major = MAJOR(leddev.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
	}
	
	/* 2、初始化cdev */
	leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);

	/* 4、创建类 */
	leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);
	if (IS_ERR(leddev.class)) {
		return PTR_ERR(leddev.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);
	if (IS_ERR(leddev.device)) {
		return PTR_ERR(leddev.device);
	}

	return 0;
}

接下来和之前的驱动程序编写是完全一样的。Open和Write函数如下：

void led0_switch(u8 sta)
{
	u32 val = 0;
	if(sta == LEDON){
		val = readl(GPIO1_DR);
		val &= ~(1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}else if(sta == LEDOFF){
		val = readl(GPIO1_DR);
		val|= (1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}	
}

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &leddev; /* 设置私有数据  */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char ledstat;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
		return -EFAULT;
	}

	ledstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */
	if(ledstat == LEDON) {
		led0_switch(LEDON);		/* 打开LED灯 */
	}else if(ledstat == LEDOFF) {
		led0_switch(LEDOFF);	/* 关闭LED灯 */
	}
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations led_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.write = led_write,
};

总体的驱动程序如下:

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: leddriver.c
作者	  	: 左忠凯
版本	   	: V1.0
描述	   	: platform驱动
其他	   	: 无
论坛 	   	: www.openedv.com
日志	   	: 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建
***************************************************************/

#define LEDDEV_CNT		1			/* 设备号长度 	*/
#define LEDDEV_NAME		"platled"	/* 设备名字 	*/
#define LEDOFF 			0
#define LEDON 			1

/* 寄存器名 */
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;

/* leddev设备结构体 */
struct leddev_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号	*/
	struct cdev cdev;		/* cdev		*/
	struct class *class;	/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备		*/
	int major;				/* 主设备号	*/		
};

struct leddev_dev leddev; 	/* led设备 */

/*
 * @description		: LED打开/关闭
 * @param - sta 	: LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED
 * @return 			: 无
 */
void led0_switch(u8 sta)
{
	u32 val = 0;
	if(sta == LEDON){
		val = readl(GPIO1_DR);
		val &= ~(1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}else if(sta == LEDOFF){
		val = readl(GPIO1_DR);
		val|= (1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}	
}

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &leddev; /* 设置私有数据  */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char ledstat;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
		return -EFAULT;
	}

	ledstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */
	if(ledstat == LEDON) {
		led0_switch(LEDON);		/* 打开LED灯 */
	}else if(ledstat == LEDOFF) {
		led0_switch(LEDOFF);	/* 关闭LED灯 */
	}
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations led_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.write = led_write,
};

/*
 * @description		: flatform驱动的probe函数，当驱动与
 * 					  设备匹配以后此函数就会执行
 * @param - dev 	: platform设备
 * @return 			: 0，成功;其他负值,失败
 */
static int led_probe(struct platform_device *dev)
{	
	int i = 0;
	int ressize[5];
	u32 val = 0;
	struct resource *ledsource[5];

	printk("led driver and device has matched!\r\n");
	/* 1、获取资源 */
	for (i = 0; i < 5; i++) {
		ledsource[i] = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i); /* 依次MEM类型资源 */
		if (!ledsource[i]) {
			dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n");
			return -ENXIO;
		}
		ressize[i] = resource_size(ledsource[i]);	
	}	

	/* 2、初始化LED */
	/* 寄存器地址映射 */
 	IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(ledsource[0]->start, ressize[0]);
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);
  	SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]);
	GPIO1_DR = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]);
	GPIO1_GDIR = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]);
	
	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26);				/* 清除以前的设置 */
	val |= (3 << 26);				/* 设置新值 */
	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

	/* 设置GPIO1_IO03复用功能，将其复用为GPIO1_IO03 */
	writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);

	/* 设置GPIO1_IO03为输出功能 */
	val = readl(GPIO1_GDIR);
	val &= ~(1 << 3);			/* 清除以前的设置 */
	val |= (1 << 3);			/* 设置为输出 */
	writel(val, GPIO1_GDIR);

	/* 默认关闭LED1 */
	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= (1 << 3) ;	
	writel(val, GPIO1_DR);
	
	/* 注册字符设备驱动 */
	/*1、创建设备号 */
	if (leddev.major) {		/*  定义了设备号 */
		leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);
		register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);	/* 申请设备号 */
		leddev.major = MAJOR(leddev.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
	}
	
	/* 2、初始化cdev */
	leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);

	/* 4、创建类 */
	leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);
	if (IS_ERR(leddev.class)) {
		return PTR_ERR(leddev.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);
	if (IS_ERR(leddev.device)) {
		return PTR_ERR(leddev.device);
	}

	return 0;
}

/*
 * @description		: platform驱动的remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行
 * @param - dev 	: platform设备
 * @return 			: 0，成功;其他负值,失败
 */
static int led_remove(struct platform_device *dev)
{
	iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
	iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
	iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
	iounmap(GPIO1_DR);
	iounmap(GPIO1_GDIR);

	cdev_del(&leddev.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */
	device_destroy(leddev.class, leddev.devid);
	class_destroy(leddev.class);
	return 0;
}

/* platform驱动结构体 */
static struct platform_driver led_driver = {
	.driver		= {
		.name	= "imx6ul-led",			/* 驱动名字，用于和设备匹配 */
	},
	.probe		= led_probe,
	.remove		= led_remove,
};
		
/*
 * @description	: 驱动模块加载函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init leddriver_init(void)
{
	return platform_driver_register(&led_driver);
}

/*
 * @description	: 驱动模块卸载函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit leddriver_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&led_driver);
}

module_init(leddriver_init);
module_exit(leddriver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wyw");

最后编写测试APP的代码：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: ledApp.c
作者	  	: 左忠凯
版本	   	: V1.0
描述	   	: platform驱动驱测试APP。
其他	   	: 无
使用方法	 ：./ledApp /dev/platled  0 关闭LED
		     ./ledApp /dev/platled  1 打开LED		
论坛 	   	: www.openedv.com
日志	   	: 初版V1.0 2019/8/16 左忠凯创建
***************************************************************/
#define LEDOFF 	0
#define LEDON 	1

/*
 * @description		: main主程序
 * @param - argc 	: argv数组元素个数
 * @param - argv 	: 具体参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	unsigned char databuf[2];
	
	if(argc != 3){
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1];

	/* 打开led驱动 */
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	
	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作：打开或关闭 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("LED Control Failed!\r\n");
		close(fd);
		return -1;
	}

	retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
	if(retvalue < 0){
		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	return 0;
}

posted @ 2024-06-26 19:57 Bathwind_W 阅读(7) 评论(0) 编辑收藏举报

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